呵護地球皮膚，“地下王國”正上演一場攻防戰

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中國科學院南京土壤研究所供圖部分土壤菌群堪稱土壤健康隱形衛士

落紅不是無情物，化作春泥更護花。土壤養分、作物產量高不高，是土壤健康的重要指標。而土壤中的眾多有益微生物，是保衛土壤健康的隱形衛士，他們的存在有利於作物產量的提高。

中國科學院南京土壤研究所褚海燕研究團隊從2015年起在安徽蒙城的小麥試驗田進行土壤試驗，近日他們刊發研究指出，在對土壤樣品中的細菌、真菌、線蟲等各類土壤生物的統計中發現，“土壤中的關鍵微生物菌群，如固氮菌、解磷菌、光合菌等，能夠增強土壤中碳、氮、磷、硫等養分元素的循環，促進小麥對養分的吸收，抑制潛在植物病原菌，從而提高小麥產量。”

不過， 這些土壤“衛兵”有時也會受到敵人的干擾，這便是土壤酸化。褚海燕研究團隊發現，長期施用化肥，會造成土壤生物多樣性的顯著降低。

“土壤微生物多樣性與土壤酸堿度顯著相關，這在北極、長白山、華北麥田土壤都發現這種現象。過量化肥的施用會造成土壤酸化，從而導致土壤微生物多樣性降低。”褚海燕在研究中發現，在砂姜黑土上長期單獨施用化肥導致土壤pH值下降1.5個單位，顯著降低了微生物多樣性及群落的穩定性，同時也增加了植物潛在致病菌的豐度。而在化肥的基礎上添加牛糞後，pH值恢複到7左右。

“牛糞養分含量高，同時有堿性，與化肥一起施用，可以中和土壤酸度。土壤酸堿度平衡時，土壤微生物群落更穩定，作物產量也越高。”
褚海燕說，這為今後的農業生產提供了指導，保護土壤中關鍵菌群的多樣性，或能達到減肥增產的效果。

土壤提供了微生物生長發育所需要的營養、水分、空氣、酸堿度、滲透壓和溫度等條件，所以成了微生物生活的家園。各類微生物可以在土壤中生存發展，但由於土壤類型、肥力水平、環境條件和季節變化等各種因素的不同，土壤微生物在種類、數量和分布上也會受到影響，存在差異。

因此，不同的地方土壤微生物也不一樣。
例如，珠穆朗瑪峰的土壤中就存在耐高寒等各種極端環境的微生物“特種兵”。

此外，水田和旱田中的土壤微生物組成也存在差異。
中科院南京土壤研究所研究員馮有智介紹，水田中的微生物以厭氧微生物為主，例如產甲烷古菌；旱田則以好氧微生物為主，例如芽孢杆菌和真菌。“我們用高通量測序技術分析過廣西龍脊古梯田自元末明初以來630年間產甲烷古菌群落的演替規律，發現在中世紀小冰川期、太平天國起義和自然災害等事件的影響下，導致氣溫驟降，水田變旱田，撂荒等。而產甲烷古菌是厭氧微生物，水田變旱田後，它的群落結構變化，多樣性減少。”

中科院南京土壤研究所研究員陳瑞蕊也曾經在江蘇常熟的水田進行試驗，研究發現，“如果旱地和水田都長時間不施化肥，旱地的歉收程度會比水田更嚴重，
這主要因為水田和旱地微生物多樣性和功能存在差異，導致旱地比水田更依賴於化肥，同時水田中的微生物有助於累積有機質，保持土壤肥力。”

搭建微生物資源大數據共享平台前景可期

土壤生物被認為是土壤養分的轉化器、汙染物的淨化器和生態系統的穩定器，而人類活動的加劇，如土地利用方式的改變、資源過度開發、環境汙染等，加劇土壤生物多樣性的下降。

如何為土壤生物營造一個美好的家？褚海燕認為，首先要改善土壤生態環境。
如在農田生態系統中，施用綠肥或覆蓋作物種植、以有機肥和微生物肥料替代化肥等。同時可以控制病蟲害，緩解因農藥大量使用對土壤生物產生的傷害。在自然生態系統中，則可通過維持地上植物多樣性，提高輸入到土壤中的有機物數量與多樣性，為土壤生物的生存提供良好的微環境。

其次，他認為，要減少農藥化肥用量的使用，保護林地及減少草地的過度放牧等。

“土壤生物群落不僅包括有益生物， 還包括許多有害生物。土壤生物多樣性的保護是既要考慮不漏掉一種有益生物，也要考慮不能盲目放任有害生物。
在保護或促進某種生物時，要考慮該生物的長期變化會受到其他生物的影響。”褚海燕說。

盡管土壤生物多樣性的研究已經取得了諸多進展， 但人類對土壤生物多樣性的了解還很有限，土壤中到底存在多少種生物、多樣的生物群落發揮怎樣的生態功能等基本問題，尚無法明確回答。

褚海燕等學者認為，未來土壤生物多樣性的保護和利用可嘗試建設原位土壤生物多樣性監測平台。
“我國不同地區氣候差異顯著，生態系統豐富，相關部門已在南北熱量梯度樣帶、東西降水梯度樣帶上，布設長期生態定位監測站和采樣點，為未來開展土壤生物多樣性監測提供了很好的基礎。”

其次，要開發利用土壤生物資源。
土壤生物作為農業生產、醫藥衛生和環境保護等領域的核心生物資源之一，以其豐富的物種和功能多樣性，在應對糧食、能源、生態與環境等方面都具有巨大潛力，並成為新一輪科技革命的戰略高地。

“目前，將有用的微生物資源從土壤中分離、純化出來，仍然是當前土壤微生物多樣性研究中亟待解決的大問題。因此，未來搭建微生物資源大數據共享平台， 以及推進微生物分離培養新技術，可以為充分開發、利用已知土壤生物資源，提供翔實的科學依據，將土壤生物的功能發揮到實處。”褚海燕說。

編輯：張爽

審核：管晶晶